不锈钢电解抛光：原理、工艺与优点全解析

不锈钢电解抛光：原理、工艺与优点全解析

实验目的 1、了解电解抛光的基本原理及其影响因素。 2、掌握不锈钢电解抛光的一般工艺过程，并学会初步操作。 实验原理 电解抛光是一种常用的电解加工方法，是利用电解过程中金属表面凸起部分溶解速度大于凹陷部分的特点，对微观粗糙的金属材料表面进行处理，使其光亮光滑的加工工艺。表面光滑光亮的金属材料不仅美观，而且耐腐蚀性强。电解抛光与一般的光亮蚀刻和机械抛光相比，具有速度快、质量好、抛光液寿命长、不受工件形状影响等优点。对钢、铝、铜等各种金属材料的电解抛光，一般采用以磷酸为主要成分的抛光液，以被加工工件为阳极（接电源正极），铅板为阴极。 本实验以不锈钢抛光为例，以工件不锈钢为阳极，铅板为阴极，电解抛光在含65%、10%、15%H3PO4、H2SO4、CrO3的电解液中进行，其主要电极反应方程式为：阳极FeFe2+阴极-2Cr3+ +H2一般认为在阳极附近会发生如下两个反应：Fe2+的氧化6Fe2+-+14H+2Cr3+ +7H2O盐类的生成2Fe2+Fe2(HPO4)32Fe3 +Fe2(SO4)3当阳极附近的Fe2(HPO4)3、Fe2(SO4)3等盐类浓度增加到一定程度时，会在阳极表面形成一层黏稠的薄膜，阻碍Fe2+的扩散，使阳极发生极化。 阳极处反应的实际电位升高，即阳极溶解速度降低。

同时，由于微观上粗糙的工件表面粘膜分布不均匀，在凸起部位粘膜较薄其极化电位较小，铁的溶解反应速度也较凹陷部位大，所以使粗糙的阳极表面逐渐平整。电解抛光具有机械抛光所不具备的优点，但也有缺点，如工件表面易出现斑点，这主要是由于处理不当或电解液污染造成的。实际应用中，影响电解抛光的因素主要有抛光液的配比、阴阳极面积比及电极间距离、阳极电流密度、温度等。此外，工件的前处理和后处理工艺也是不可忽视的环节。 三、仪器、药品 1、仪器 恒流恒压表、电热板（800W）、水银温度计（0～100）、烧杯（2 只）、玻璃棒、导线、砂纸（棕刚玉，粒度 60 目<2>）、金相砂纸（W2801#）、鳄鱼夹、洗瓶液、铅板（冲头）、电极钩（自制：取 10cm 漆包线，用砂纸将两端的漆层磨去，然后将一端弯成钩状，另一端缠在玻璃棒上）。 2、药品 酸：浓硫酸 H2SO4（1.849g/cm3）、磷酸 H3PO4（1.7g/cm3） 碱：氢氧化钠 NaOH 盐：碳酸钠、磷酸钠、硅酸钠 其它：铬酐 CrO3、不锈钢片（冲头）。 3、实验装置图（见图1） 电解抛光实验仪器装置图 1、水银温度计 2、加热板 恒流恒压计 4、玻璃棒 5、电极板 6、电解池 4、脱脂液、抛光液、后处理浸泡液配方（实验室配制） 电化学脱脂液：/dm3、/dm3、/dm3、/dm3。

抛光液（质量百分比浓度）：％、％、％、H2O余量。后处理浸泡液：3%溶液。注：配制抛光液时，应先将CrO3溶解于适量去离子水中，再依次加入H3PO4、H2SO4，再加去离子水至所需体积。阳极（工件）板面积约10000时，每份脱脂液可反复使用约10次，每份抛光液（按每次抛光10分钟计算）可连续使用约7次。鉴于Cr（VI）及Cr（Ⅱ）的毒性，抛光实验废液应集中处理，方法可参考相关文献。 实验步骤1、预处理用棕刚玉砂纸将不锈钢片正反面打磨，去除表面毛刺、氧化皮，再用W2801#金相砂纸继续打磨，直至消除细微划痕，冲洗干净，挂在电极钩上；然后放入预热温度为70的脱脂液中进行电化学脱脂（仪器装置图同图1）。要求待加工钢板为阳极，铅板为阴极，调节电极钩控制两板平行，间距为1～2cm。通过调节恒流恒压表调节阳极电流密度为3A/dm2，时间为3分钟。脱脂后，趁热用去离子水冲洗钢板，并迅速放入电解抛光液中进行抛光，防止钢板表面再次氧化。 2、电解抛光按图1安装好仪器，以预处理好的钢板作为阳极，铅板作为阴极，置于温度为70～80度的电解抛光液中，要求控制极板间距为1～2cm，阳极电流密度为10～11A/dm2，时间约为10分钟。

3、后处理：将抛光后的钢板用去离子水冲洗干净，再放入3%溶液中浸泡5分钟，然后再次冲洗干净，擦干，交给实验指导老师评定质量等级。 4、有条件的话，可以用电动轮廓仪测量表面粗糙度来评定抛光质量，一般老师可以直接根据表面光洁度评定等级。 预学要点： 1、了解不锈钢电解抛光液的主要成分及其在抛光过程中的主要作用。 2、明确不锈钢电化学除油电解抛光的工艺条件：阴阳极板材料、板间距、温度、阳极电流密度、时间等。 思考问题： 1、钢电解抛光液的主要成分可以用盐酸或硝酸吗？为什么？ 2、工件预处理对电解抛光质量有什么影响？具体操作时要注意哪些问题？ 为什么采用3%溶液作为后处理浸泡液？ 3、本次实验在观察电解抛光后的不锈钢板时，经常可以发现正反面的光洁度有一定的差异，这是什么原因造成的？采取什么措施可以尽量减少这种差异？ 4、为什么电解抛光可以提高金属材料的耐腐蚀性能？